LB负载均衡集群

Posted 2020-08-04

常用的负载均衡开源软件有： nginx、lvs、keepalived 
商业的硬件负载设备： F5、Netscale

1. LB、LVS介绍：LB集群是load balance 集群的简写，翻译成中文就是负载均衡集群

LVS是一个实现负载均衡集群的开源软件项目 
LVS架构从逻辑上可分为调度层(Director)、server集群层(Real server)和共享存储层
LVS可分为三种工作模式:

NAT(调度器将请求的目标ip即vip地址改为Real server的ip, 返回的数据包也经过调度器，调度器再把源地址修改为vip)

 

TUN(调度器将请求来的数据包封装加密通过ip隧道转发到后端的real server上，而real server会直接把数据返回给客户端，而不再经过调度器)

DR(调度器将请求来的数据包的目标mac地址改为real server的mac地址，返回的时候也不经过调度器，直接返回给客户端)

DIP(driector ip), VIP(virtual ip), RIP(Real IP). 其中DIP, RIP 为同一个网段，并且为私网IP, vip为对外提供服务的ip，Director, Real server上都设置vip

 

Lvs的调度算法决定了如何在集群节点之间分布工作负荷。当director调度器收到来自客户端访问VIP的上的集群服务的入站请求时，director调度器必须决定哪个集群节点应该处理请求。Director调度器用的调度方法基本分为两类：

固定调度算法：rr，wrr，dh，sh

动态调度算法：wlc，lc，lblc，lblcr

算法 说明

rr 轮询算法，它将请求依次分配给不同的rs节点，也就是RS节点中均摊分配。这种算法简单，但只适合于RS节点处理性能差不多的情况

wrr 加权轮训调度，它将依据不同RS的权值分配任务。权值较高的RS将优先获得任务，并且分配到的连接数将比权值低的RS更多。相同权值的RS得到相同数目的连接数。

Wlc 加权最小连接数调度，假设各台RS的全职依次为Wi，当前tcp连接数依次为Ti，依次去Ti/Wi为最小的RS作为下一个分配的RS

Dh 目的地址哈希调度（destination hashing）以目的地址为关键字查找一个静态hash表来获得需要的RS

SH 源地址哈希调度（source hashing）以源地址为关键字查找一个静态hash表来获得需要的RS

Lc 最小连接数调度（least-connection）,IPVS表存储了所有活动的连接。LB会比较将连接请求发送到当前连接最少的RS.

Lblc 基于地址的最小连接数调度（locality-based least-connection）：将来自同一个目的地址的请求分配给同一台RS，此时这台服务器是尚未满负荷的。否则就将这个请求分配给连接数最小的RS，并以它作为下一次分配的首先考虑。

 

2. LVS/NAT 配置
三台服务器一台作为director, 两台作为real server
Director 有一个外网ip (192.168.31.166) 和一个内网ip(192.168.21.166), 两个real server上只有内网ip(192.168.21.100)和(192.168.21.101) 并且需要把两个real server的内网网关设置为director的内网ip(192.168.21.166)
两个real server 上都安装httpd: yum install -y nginx
Director上安装ipvsadm  yum install -y  ipvsadm
Direcotr 上 vim /usr/local/sbin/lvs_nat.sh //增加:
#! /bin/bash
# director 服务器上开启路由转发功能: 
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 
# 关闭icmp的重定向
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/eth1/send_redirects
# director 设置nat防火墙
iptables -t nat -F
iptables -t nat -X
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.21.0/24  -j MASQUERADE
# director设置ipvsadm
IPVSADM=‘/sbin/ipvsadm‘
$IPVSADM -C
$IPVSADM -A -t 192.168.31.166:80 -s lc -p 300
$IPVSADM -a -t 192.168.31.166:80 -r 192.168.21.100:80 -m -w 1
$IPVSADM -a -t 192.168.31.166:80 -r 192.168.21.101:80 -m -w 1

直接运行这个脚本就可以完成lvs/nat的配置了: 
/bin/bash /usr/local/sbin/lvs_nat.sh 
通过浏览器测试两台机器上的web内容，为了区分开，我们可以把nginx的默认页修改一下：
rs1上： echo "rs1rs1" >/usr/share/nginx/html/index.html
rs2上： echo "rs2rs2" >/usr/share/nginx/html/index.h3. LVS/DR 配置

 

3.LVS/DR 配置

三台机器:
director(eth0192.168.31.166, vip eth0:0: 192.168.31.110)
real server1(eth0 rip: 192.168. 31.100, vip lo:0: 192.168.31.110)
real server2(eth0 rip: 192.168.31.101, vip lo:0: 192.168.31.110)
Director 上 vim /usr/local/sbin/lvs_dr.sh //增加
#! /bin/bash
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
ipv=/sbin/ipvsadm
vip=192.168.31.110
rs1=192.168.31.100
rs2=192.168.31.101
ifconfig eth0:0 $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.255 up
route add -host $vip dev eth0:0
$ipv -C
$ipv -A -t $vip:80 -s rr 
$ipv -a -t $vip:80 -r $rs1:80 -g -w 1
$ipv -a -t $vip:80 -r $rs2:80 -g -w 1

两台rs上：vim /usr/local/sbin/lvs_dr_rs.sh
#! /bin/bash
vip=192.168.31.110
ifconfig lo:0 $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.255 up 
route add -host $vip lo:0
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

然后director上执行: bash /usr/local/sbin/lvs_dr.sh
两台rs上执行: bash /usr/local/sbin/lvs_dr_rs.sh
Windows下浏览器测试访问

 

4. LVS/DR + keepalived配置
注意：前面虽然我们已经配置过一些操作，但是下面我们使用keepaliave操作和之前的操作是有些冲突的，所以若是之前配置过DR，请首先做如下操作：dr上执行：

$ipv -C
ifconfig eth0:0  down

前面的lvs虽然已经配置成功也实现了负载均衡，但是我们测试的时候发现，当某台real server把httpd进程停掉，那么director照样会把请求转发过去，这样就造成了某些请求不正常。所以需要有一种机制用来检测real server的状态，这就是keepalived。它的作用除了可以检测rs状态外，还可以检测备用director的状态，也就是说keepalived可以实现ha集群的功能，当然了也需要一台备用director.
备用director也需要安装一下keepalived软件 
yum install -y keepalived
安装好后，编辑配置文件  
vim /etc/keepalived/keepalived.conf   //加入如下：
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER   #备用服务器上为 BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 100  #备用服务器上为90
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.31.110
    }
}
virtual_server 192.168.31.110 80 {
    delay_loop 6                  #(每隔10秒查询realserver状态)
    lb_algo wlc                  #(lvs 算法)
    lb_kind DR                  #(Direct Route)
    persistence_timeout 60        #(同一IP的连接60秒内被分配到同一台realserver)
    protocol TCP                #(用TCP协议检查realserver状态)

    real_server 192.168.31.100 80 {
        weight 100               #(权重)
        TCP_CHECK {
        connect_timeout 10       #(10秒无响应超时)
        nb_get_retry 3
        delay_before_retry 3
        connect_port 80
        }
    }
real_server 192.168.31.101 80 {
        weight 100
        TCP_CHECK {
        connect_timeout 10
        nb_get_retry 3
        delay_before_retry 3
        connect_port 80
        }
     }
}

以上为主director的配置文件，从director的配置文件只需要修改
state MASTER  -> state BACKUP
priority 100 -> priority 90
配置完keepalived后，需要开启端口转发（主从都要做）：
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
然后，两个rs上执行 /usr/local/sbin/lvs_dr_rs.sh 脚本
最后，两个director上启动keepalived服务（先主后从）：
/etc/init.d/keepalived start
另外，需要注意的是，启动keepalived服务会自动生成vip和ipvsadm规则，不需要再去执行上面提到的/usr/local/sbin/lvs_dr.sh 脚本。